KR101087968B1 - 반도체 발광소자 - Google Patents
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Abstract
본 개시는 절연성 기판과, 기판 위에 위치하며 제1 도전성을 갖는 제1 반도체층, 제1 도전성과 다른 제2 도전성을 갖는 제1 반도체층 및 제2 반도체층과 제1 반도체층과 제2 반도체층 사이에 위치하며 빛을 생성하는 활성층을 포함하는 발광부와, 기판 위에 위치하며 제1 반도체층과 전기적으로 연결된 제1 전극과, 발광부로부터 떨어져 기판 위에 위치하는 제2 전극과, 제2 전극으로부터 연장되어 제2 반도체층과 전기적으로 연결되는 제2 가지 전극과, 발광부로부터 떨어져서 기판 위에 위치하며, 발광부에 대해 역방향으로 제1 전극 및 제2 전극과 전기적으로 병렬연결된 정전기 보호부를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자에 관한 것이다.
Description
본 개시는 전체적으로 반도체 발광소자에 관한 것으로, 특히 정전기에 대한 보호가 강화되고, 전류분포의 균일성이 향상되어 광추출효율이 증가되며, 메탈 전극의 벗겨짐이 방지된 반도체 발광소자에 관한 것이다.
여기서, 반도체 발광소자는 전자와 정공의 재결합을 통해 빛을 생성하는 반도체 광소자를 의미하며, 3족 질화물 반도체 발광소자를 예로 들 수 있다. 3족 질화물 반도체는 Al(x)Ga(y)In(1-x-y)N (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)로 된 화합물로 이루어진다. 이외에도 적색 발광에 사용되는 GaAs계 반도체 발광소자 등을 예로 들 수 있다.
여기서는, 본 개시에 관한 배경기술이 제공되며, 이들이 반드시 공지기술을 의미하는 것은 아니다(This section provides background information related to the present disclosure which is not necessarily prior art).
도 1은 반도체 발광소자의 일 예로 종래의 3족 질화물 반도체 발광소자의 일 예를 나타내는 도면이다. 3족 질화물 반도체 발광소자는 기판(100; 예; 사파이어 기판), 기판(100) 위에 성장되는 버퍼층(200), 버퍼층(200) 위에 성장되는 n형 3족 질화물 반도체층(300), n형 3족 질화물 반도체층(300) 위에 성장되는 활성층(400), 활성층(400) 위에 성장되는 p형 3족 질화물 반도체층(500), p형 3족 질화물 반도체층(500) 위에 형성되는 전류확산 전극(600), 전류확산 전극(600) 위에 형성되는 p측 전극(700), p형 3족 질화물 반도체층(500)과 활성층(400)이 메사 식각되어 노출된 n형 3족 질화물 반도체층(300) 위에 형성되는 n측 전극(800), 그리고 보호막(900)을 포함한다.
전류확산 전극(600)은 p형 3족 질화물 반도체층(500) 전체로 전류가 잘 공급되도록 하기 위해 구비된다. 전류확산 전극(600)은 p형 3족 질화물 반도체층의 거의 전면에 걸쳐서 형성되며, 예를 들어, ITO 또는 Ni 및 Au를 사용하여 투광성 전극으로 형성되거나, Ag를 사용하여 반사형 전극으로 형성될 수 있다.
p측 전극(700)과 n측 전극(800)은 전류의 공급과 외부로의 와이어 본딩을 위한 메탈 전극으로서, 예를 들어, 니켈, 금, 은, 크롬, 티타늄, 백금, 팔라듐, 로듐, 이리듐, 알루미늄, 주석, 인듐, 탄탈륨, 구리, 코발트, 철, 루테늄, 지르코늄, 텅스텐, 몰리브덴으로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 또는 이들의 조합을 사용하여 형성될 수 있다.
보호막(900)은 이산화규소와 같은 물질로 형성되며, 생략될 수도 있다.
p측 전극(700)은 일반적으로 p형 3족 질화물 반도체층(500)에 바로 접촉하여 형성되거나 전류확산 전극(600)에 접촉하여 형성된다. 그러나 p형 질화물 반도체층(500)과 p측 전극(700) 또는 전류확산 전극(600) 사에는 결합력이 좋지 않은 것으로 알려져 있다. 이로 인해, p측 전극(700)에 와이어 본딩 공정이나, 사파이어를 그라인딩(grinding)하는 공정 및 개별칩으로 분리하기 위한 브레이킹(Breaking) 공정, 특성 측정 및 칩 분류(sorting) 공정 등의 후 공정에서 p측 전극(700)이 벗겨지는(peeling) 문제가 발생할 수 있다.
한편, 반도체 발광소자의 대면적화 및 고전력 소모에 따라, 반도체 발광소자 내에서 원활한 전류확산을 위해 가지 전극과 복수 개의 전극이 도입되고 있다. 예를 들어, 3족 질화물 반도체 발광소자가 대면적화됨(예를 들어, 가로/세로가 1000um/1000um)에 따라, p측 전극(700)과 n측 전극(800)에 등간격을 가지는 가지 전극을 구비함으로써, 전류확산을 개선하고 있으며, 더하여 충분한 전류 공급을 위해 p측 전극(700)과 n측 전극(800)이 각각 복수 개가 마련되기도 한다.
그러나 p측 전극(700) 및 n측 전극(800)과 같은 금속재질의 전극은 두께가 두껍고, 광흡수 손실(Light absorption loss)이 크기 때문에 발광소자의 광추출효율을 저하하는 문제점이 있다.
또한, 전극으로 인해 가지 전극 간의 간격 및 전극과 가지 전극 사이의 간격, 또는 전극과 가지 전극의 배치 형태를 균일하게 설계하기가 어렵고, 이로 인해 전류확산을 균일하게 하는 데에 지장을 준다.
특히, 전극과 가지 전극은 전기적으로 연결되어 있어서 이상적으로는 등전위이지만, 실제로는 전류가 인가되는 전극 중심으로 전류가 쏠리며, 전극과 가지 전극의 끝단 사이에 전류가 집중되는 경향이 있다.
이와 같이 전류가 반도체 발광소자의 국부적인 영역에 편중되는 경우, 반도체 발광소자의 발광면적 전체에서 균일하게 빛을 낼 수가 없어 광추출효율 향상에 불리한 문제가 있다. 또한, 장기적으로 반도체 발광소자의 전기적 특성 및 누설(leakage) 특성 등 신뢰성이 많이 저하되는 문제가 있다.
한편, 3족 질화물 반도체층과 같은 재질의 동종기판, 예를 들어, GaN 기판은 제조가 어렵고 비용도 높아서 사파이어나 실리콘카바이드 같은 이종기판이 많이 사용된다. 그러나 이종기판과 3족 질화물 반도체층 간에는 큰 격자부정합이 존재한다. 예를 들어, 사파이어 기판과 GaN 반도체층 간에는 약 13.7%의 격자부정합이 존재한다. 이러한 격자부정합으로 인해 이종기판 위에서 성장된 3족 질화물 반도체층은 많은 결정결함을 가져서 품질이 좋지 않다. 예를 들어, 외부로부터 정전기가 3족 질화물 반도체 발광소자에 유입되는 경우, 정전기는 3족 질화물 반도체 발광소자의 상대적으로 결정결함이 많은 부분으로 집중되어 3족 질화물 반도체 발광소자의 특정부분이 파손된다.
따라서 3족 질화물 반도체층의 결정결함은 외부로부터의 인가되는 정전기에 대한 3족 질화물 반도체 발광소자의 저항력, 즉 3족 질화물 반도체 발광소자의 내정전압특성(ESD; Electrostatic Discharge resistive property)을 많이 감소시켜 3족 질화물 반도체 발광소자의 신뢰성에 문제가 된다.
최근 발광소자의 용도가 옥외와 같은 혹독한 환경으로 확장됨에 따라 발광소자의 내정전압특성은 발광소자의 신뢰성에 매우 중요한 기술적 요소가 되고 있다. 이에 따라 발광소자의 내정전압특성을 개선하기 위한 연구가 진행되고 있다. 예를 들어, 미국특허공보 US 6,911,676에는 기판 위에 반도체 발광소자와 정전기 보호소자를 함께 형성하고 반도체 발광소자와 정전기 보호소자를 전기적으로 역방향으로 연결한 반도체 LED 소자가 개시되어 있다. 그러나 상기 미국특허공보에 개시된 반도체 LED 소자는 반도체 발광소자의 대면적화에 따른 전류확산의 균일성을 향상하기 위한 대응이 부족하고, 전극이 반도체 발광소자 위에 형성되어 있어서 빛을 흡수하며, 반도체 발광소자와 정전기 보호소자를 연결하는 배선이 별도로 형성되어 복잡해지는 단점이 있다.
따라서, 반도체 발광소자의 대면적화 및 고전력 소모에 맞추어 균일한 전류확산 및 정전기 보호특성 향상을 위해 전극이나 가지 전극 등의 설계의 개선이 필요하다.
이에 대하여 '발명의 실시를 위한 구체적인 내용'의 후단에 기술한다.
여기서는, 본 개시의 전체적인 요약(Summary)이 제공되며, 이것이 본 개시의 외연을 제한하는 것으로 이해되어서는 아니된다(This section provides a general summary of the disclosure and is not a comprehensive disclosure of its full scope or all of its features).
본 개시에 따른 일 태양에 의하면(According to one aspect of the present disclosure), 절연성 기판과, 기판 위에 위치하며 제1 도전성을 갖는 제1 반도체층 및 제1 도전성과 다른 제2 도전성을 갖는 제2 반도체층과 제1 반도체층과 제2 반도체층 사이에 위치하며 빛을 생성하는 활성층을 포함하는 발광부와, 기판 위에 위치하며 제1 반도체층과 전기적으로 연결된 제1 전극과, 발광부로부터 떨어져 기판 위에 위치하는 제2 전극과, 제2 전극으로부터 연장되어 제2 반도체층과 전기적으로 연결되는 제2 가지 전극과, 발광부로부터 떨어져서 기판 위에 위치하며, 발광부에 대해 역방향으로 제1 전극 및 제2 전극과 전기적으로 병렬연결된 정전기 보호부를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자가 제공된다.
이에 대하여 '발명의 실시를 위한 구체적인 내용'의 후단에 기술한다.
도 1은 반도체 발광소자의 일 예로 종래의 3족 질화물 반도체 발광소자의 일 예를 나타내는 도면,
도 2는 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 일 예를 나타내는 도면,
도 3은 도 2에 도시된 절단선 A-A'를 기준으로 절연성 기판 위에 형성된 버퍼층, n형 질화물 반도체층, 활성층 및 p형 질화물 반도체층의 일 예를 나타내는 도면,
도 4는 도 3에 도시된 질화물 반도체층들이 식각되어 형성된 발광부, 정전기 보호부 및 패드의 일 예를 나타내는 도면,
도 5는 도 2에 도시된 절단선 B-B'를 기준으로 발광부의 일 예를 나타내는 도면,
도 6은 도 2에 도시된 절단선 C-C'를 기준으로 정전기 보호부 및 발광부의 일 예를 나타내는 도면,
도 7은 절단선 A-A'를 기준으로 도 4, 도 5 및 도 6에 도시된 발광부에 형성된 전류확산 전극 및 절연층의 일 예를 나타내는 도면,
도 8은 절단선 D-D'를 기준으로 도 4 및 도 6에 도시된 정전기 보호부 및 발광부에 형성된 전류확산 전극 및 절연층의 일 예를 나타내는 도면,
도 9는 도 7 및 도 8에서 설명된 공정 이후, 절단선 A-A'를 기준으로 패드, 정전기 보호부 및 발광부 위에 형성된 n측 전극, p측 전극 및 가지 전극의 일 예를 나타내는 도면,
도 10은 도 7 및 도 8에서 설명된 공정 이후, D-D'를 기준으로 패드, 정전기 보호부 및 발광부 위에 형성된 n측 전극, p측 전극 및 가지 전극의 일 예를 나타내는 도면,
도 11은 도 9 및 도 10에서 설명된 반도체 발광소자를 절단선 B-B'를 기준으로 나타낸 도면,
도 12는 도 9 및 도 10에서 설명된 반도체 발광소자를 절단선 C-C'를 기준으로 나타낸 도면,
도 13은 도 2 및 도 12에 도시된 반도체 발광소자의 등가회로도,
도 14는 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 다른 예를 나타내는 도면.
도 2는 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 일 예를 나타내는 도면,
도 3은 도 2에 도시된 절단선 A-A'를 기준으로 절연성 기판 위에 형성된 버퍼층, n형 질화물 반도체층, 활성층 및 p형 질화물 반도체층의 일 예를 나타내는 도면,
도 4는 도 3에 도시된 질화물 반도체층들이 식각되어 형성된 발광부, 정전기 보호부 및 패드의 일 예를 나타내는 도면,
도 5는 도 2에 도시된 절단선 B-B'를 기준으로 발광부의 일 예를 나타내는 도면,
도 6은 도 2에 도시된 절단선 C-C'를 기준으로 정전기 보호부 및 발광부의 일 예를 나타내는 도면,
도 7은 절단선 A-A'를 기준으로 도 4, 도 5 및 도 6에 도시된 발광부에 형성된 전류확산 전극 및 절연층의 일 예를 나타내는 도면,
도 8은 절단선 D-D'를 기준으로 도 4 및 도 6에 도시된 정전기 보호부 및 발광부에 형성된 전류확산 전극 및 절연층의 일 예를 나타내는 도면,
도 9는 도 7 및 도 8에서 설명된 공정 이후, 절단선 A-A'를 기준으로 패드, 정전기 보호부 및 발광부 위에 형성된 n측 전극, p측 전극 및 가지 전극의 일 예를 나타내는 도면,
도 10은 도 7 및 도 8에서 설명된 공정 이후, D-D'를 기준으로 패드, 정전기 보호부 및 발광부 위에 형성된 n측 전극, p측 전극 및 가지 전극의 일 예를 나타내는 도면,
도 11은 도 9 및 도 10에서 설명된 반도체 발광소자를 절단선 B-B'를 기준으로 나타낸 도면,
도 12는 도 9 및 도 10에서 설명된 반도체 발광소자를 절단선 C-C'를 기준으로 나타낸 도면,
도 13은 도 2 및 도 12에 도시된 반도체 발광소자의 등가회로도,
도 14는 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 다른 예를 나타내는 도면.
이하, 본 개시를 첨부된 도면을 참고로 하여 자세하게 설명한다(The present disclosure will now be described in detail with reference to the accompanying drawing(s)).
도 2는 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 일 예를 나타내는 도면이다.
반도체 발광소자(3)는 절연성 기판(10), 발광부(5), 패드(8), 정전기 보호부(7), 전류확산 전극(60), 제1 전극(80), 제2 전극(70), 제1 가지 전극(85) 및 제2 가지 전극(75)을 포함한다. 발광부(5)는 절연성 기판(10) 위에 위치하며 제1 도전성을 갖는 제1 반도체층(30) 및 제1 도전성과 다른 제2 도전성을 갖는 제2 반도체층(50)과, 제1 반도체층(30)과 제2 반도체층(50) 사이에 위치하여 빛을 생성하는 활성층(40; 도 3 참조)을 포함한다.
반도체 발광소자(3)를 제조하기 위해, 예를 들어, 절연성 기판(10) 위에 발광부(5)가 형성되며, 이 과정에서 발광부(5)로부터 떨어져서 절연성 기판(10) 위에 위치하는 패드(8) 및 정전기 보호부(7)가 함께 형성된다.
이후, 발광부(5)의 제2 반도체층(50) 위에 전류확산 전극(60)을 형성한다. 제1 전극(80)은 패드(8) 위에 형성되고, 제2 전극(70)은 정전기 보호부(7) 위에 형성된다. 제1 가지 전극(85)은 제1 전극(80)으로부터 연장되어 그루브(35; groove)에 의해 노출된 발광부(3)의 제1 반도체층(30)과 전기적으로 연결되도록 형성된다. 제2 가지 전극(75)은 제2 전극(70)으로부터 연장되어 발광부(3)의 제2 반도체층(50) 위에 위치한 전류확산 전극(60)과 전기적으로 연결되도록 형성된다.
여기서, 제1 반도체층(30) 및 제2 반도체층(50) 및 활성층(40; 도 4 참조)은 전자와 정공의 재결합에 의해 빛을 생성하는 화합물, 예를 들어 3족 질화물, GaAs계 화합물, ZnO계 화합물, GaAsP계 화합물 등으로 형성될 수 있다. 이하에서는 3족 질화물로 형성되는 경우를 예로 하여 설명하며, 제1 반도체층(30)은 n형 질화물 반도체층(30)으로, 제2 반도체층(50)은 p형 질화물 반도체층(50)으로, 제1 전극(80)은 n측 전극(80)으로, 제2 전극(70)은 p측 전극(70)으로 사용한다.
이하, 반도체 발광소자(3)의 제조방법을 상세히 설명한다.
도 3은 도 2에 도시된 절단선 A-A'를 기준으로 절연성 기판 위에 형성된 버퍼층, n형 질화물 반도체층, 활성층 및 p형 질화물 반도체층의 일 예를 나타내는 도면이다.
반도체 발광소자(3)의 제조를 위해, 먼저 사파이어 기판(10)과 같은 절연성 기판(10) 위에 성장의 씨앗으로 역할하는 버퍼층(20) 내지는 씨앗(seed)층, n형 질화물 반도체층(30), 질화물 반도체로 된 양자 우물층들 및 장벽층들로 이루어진 활성층(40), p형 질화물 반도체층(50)을 차례로 형성한다.
버퍼층(20)은 사파이어 기판(10)과 n형 질화물 반도체층(30) 사이의 격자상수 및 열팽창계수의 차이를 극복하기 위한 것이다.
n형 질화물 반도체층(30)은, 예를 들어, Si, Ge, Sn로 이루어진 군중에서 적어도 한가지 물질이 n형 불순물로 도핑될 수 있으며, 일반적으로 n형 질화물 반도체층(30)은 GaN로 이루어지고, Si으로 도핑된다.
활성층(40)은 전자와 정공의 재결합을 통해 광자(빛)를 생성하는 층으로서, 주로 In(x)Ga(1-x)N, (0<x≤1)로 이루어지고, 하나의 우물층이나 복수 개의 우물층들로 구성된다.
p형 질화물 반도체층(50)은 GaN으로 이루어질 수 있고, 예를 들어, Zn, Mg, Ca, Be로 이루어진 군중에서 적어도 한가지 물질이 p형 불순물로 도핑되며, 활성화(Activation) 공정을 거쳐 p형 전도성을 가지거나 활성화 공정 없이 p형 질화물 반도체층(50)이 p형 전도성을 가질 수도 있다.
사파이어 기판(10) 위에 에피성장 되는 질화물 반도체층들은 주로 유기금속기상성장법 (MOCVD)에 의해 성장되며, 필요에 따라서 각 층들은 다시 세부층들을 포함할 수 있다.
도 4는 도 3에 도시된 질화물 반도체층들이 식각되어 형성된 발광부, 정전기 보호부 및 패드의 일 예를 나타내는 도면이다. 도 5는 도 2에 도시된 절단선 B-B'를 기준으로 발광부의 일 예를 나타내는 도면이다.
발광부(5)와 패드(8) 및 정전기 보호부(7)를 제외한 영역의 p형 질화물 반도체층(50), 활성층(40), n형 질화물 반도체층(30) 및 버퍼층(20)을 제거하여, 도 4에 도시된 것과 같이, 발광부(5)와 패드(8) 및 정전기 보호부(7)를 사파이어 기판(10) 위에서 서로 떨어지게 형성한다. 따라서 도 4에 도시된 단면 기준으로는 발광부(5)와 패드(8) 및 정전기 보호부(7) 사이에 트렌치(9; trench)가 형성되어 있다.
발광부(5)와 패드(8) 및 정전기 보호부(7)를 떨어져 위치하게 형성하는 공정에서 발광부(5)에는 도 2에 도시된 제1 가지 전극(85)에 대응하여 도 2 및 도 5에 도시된 것과 같이, 그루브(35)가 형성된다. 그루브(35)를 형성하기 위해 발광부(5)의 p형 질화물 반도체층(50) 및 활성층(40)이 제거되며, n형 질화물 반도체층(30)이 식각된 상태로 두께가 감소되어 노출될 수 있다.
반도체 발광소자(3)는 정사각형, 직사각형 등 다양한 형상을 가질 수 있다. 반도체 발광소자(3)는 사이즈 증가를 위해, 일 예로, 일측으로 길게 형성될 수 있으며, 도 2에는 대략 직사각형의 평면 형상을 갖는 반도체 발광소자(3)가 예시되어 있다. 따라서 반도체 발광소자(3)는 장변 및 단변을 가진다.
한편, n형 질화물 반도체층(30)을 노출하는 그루브(35)의 형상도 섬형태나, 직선형태 등 변형이 가능하다. 일 예로, 도 2에는 그루브(35)가 반도체 발광소자(3)의 일측 단변에서 이에 대향하는 타측 단변까지 뻗어 있다. 복수의 제1 가지 전극(85)에 대응하여 복수의 그루가 형성될 수 있으며, 그루브(35)로 인해 발광부(5)의 p형 질화물 반도체층(50) 및 활성층은, 도 5에 도시된 것과 같이, 복수의 영역(4)으로 분리되게 형성된다.
도 6은 도 2에 도시된 절단선 C-C'를 기준으로 정전기 보호부 및 발광부의 일 예를 나타내는 도면이다.
패드(8) 및 정전기 보호부(7)는 발광부(5)와 동일하게 버퍼층(20), n형 질화물 반도체층(30), 활성층(40) 및 p형 질화물 반도체층(50)을 포함할 수 있다. 일 예로, 도 4에서 패드(8)는 버퍼층(20), n형 질화물 반도체층(30)을 포함한다. 정전기 보호부(7)는 버퍼층(20), n형 질화물 반도체층(30), 활성층(40) 및 p형 질화물 반도체층(50)을 포함한다.
도 4 및 도 6을 참조하면, 발광부(5)와 패드(8) 및 정전기 보호부(7)를 떨어지게 형성하는 공정에서 패드(8) 및 정전기 보호부(7)의 p-contact 영역(33) 위의 p형 질화물 반도체층(50) 및 활성층(40)이 제거되며, n형 질화물 반도체층(30)이 식각된 상태로 두께가 감소되어 노출될 수 있다. 정전기 보호부(7)는 p-n접합 다이오드로서 발광부(5)로 유입되는 정전기를 정전기 보호부(7)로 통과시켜 발광부(5)를 보호한다.
식각 방법으로는 건식식각 방법이 사용될 수 있으며, 전술된 것과 같이 여러 개의 반도체층을 제거하는 방법으로 건식식각 방법이 사용된다. n형 질화물 반도체층(30)은, 예를 들어, n형 GaN층일 수 있다.
패드(8)의 평면 형상은 n측 전극(80) 및 p측 전극(70)의 형상에 대응하는 섬 형상으로 형성할 수도 있고, 발광부(5)의 측면과 나란하게 연장된 띠 형상을 가질 수도 있다.
정전기 보호부(7)의 사이즈는 발광부(5)의 사이즈 및 반도체 발광소자(3)의 동작 특성에 따라 도 2에 도시된 것보다 더 크게 또는 더 작게 형성될 수 있다.
도 7은 절단선 A-A'를 기준으로 도 4, 도 5 및 도 6에 도시된 발광부에 형성된 전류확산 전극 및 절연층의 일 예를 나타내는 도면이다. 도 8은 절단선 D-D'를 기준으로 도 4 및 도 6에 도시된 정전기 보호부 및 발광부에 형성된 전류확산 전극 및 절연층의 일 예를 나타내는 도면이다.
발광부(5)와 패드(8) 및 정전기 보호부(7)가 형성된 후, 스퍼터링(Sputtering)법, 전자빔 증작법(E-beam Evaporation), 열증착법 등을 사용하여, 도 7 및 도 8에 도시된 것과 같이, 발광부(5) 및 정전기 보호부(7)의 p형 질화물 반도체층(50) 위에 전류확산 전극(60)을 형성한다. 전류확산 전극(60)은 발광부(5)의 광추출효율 및 빛의 균일성을 향상한다. 전류확산 전극(60)은 주로 ITO 또는 Ni/Au 산화막으로 발광부(60)의 p형 질화물 반도체층(50)의 거의 전면에 형성되며, 이 과정에서 정전기 보호부(60)의 p형 질화물 반도체층(50) 위에도 전류확산 전극(60)이 형성된다. 전류확산 전극(60)이 너무 얇으면 전류확산에 불리하여 구동전압이 높아지며, 너무 두꺼우면 빛 흡수로 인해 광추출효율이 저하될 수 있다.
계속해서, 예를 들어, SiO2를 사용하여 PECVD나 LPCVD 방법으로 적어도 발광부(5)의 측면에 제1절연층(65)을 형성하고, 정전기 보호부(7)의 측면에 제2 절연층(67)을 한다. 제1 절연층(65)은 도 2에 도시된 제2 가지 전극(75)과 발광부(5)의 n형 질화물 반도체층(30) 및 활성층(40)과의 쇼트(short)를 방지한다. 제2 절연층(67)은 도 2에 도시된 제1 가지 전극(85)과 정전기 보호부(7)의 n형 질화물 반도체층(30) 및 활성층(40)과의 쇼트(short)를 방지한다.
도 9는 도 7 및 도 8에서 설명된 공정 이후, 절단선 A-A'를 기준으로 패드, 정전기 보호부 및 발광부 위에 형성된 n측 전극, p측 전극 및 가지 전극의 일 예를 나타내는 도면이다. 도 10은 도 7 및 도 8에서 설명된 공정 이후, D-D'를 기준으로 패드, 정전기 보호부 및 발광부 위에 형성된 n측 전극, p측 전극 및 가지 전극의 일 예를 나타내는 도면이다.
절연층(65)을 형성한 이후, 도 9 및 도 10에 도시된 것과 같이, 스퍼터링(Sputtering)법, 전자빔 증작법(Ebeam Evaporation), 열증착법 등의 방법을 이용하며, n측 전극(80), p측 전극(70), 제1 가지 전극(85) 및 제2 가지 전극(75)을 형성한다. n측 전극(80), p측 전극(70) 및 제1 가지 전극(75)제2 가지 전극(75)은, 예를 들어, 크롬, 니켈 및 금을 적층하여 형성될 수 있다.
n측 전극(80)은 패드(8)의 n형 질화물 반도체층(30) 위에 형성되고, p측 전극(70)은 도 6에 도시된 정전기 보호부(7)의 p-contact 영역(33)의 n형 질화물 반도체층(30) 위에 형성된다.
제2 가지 전극(75)은, 도 9에 도시된 것과 같이, p측 전극(70)으로부터 정전기 보호부(7)의 측면, 제2패드(7)와 발광부(5) 사이의 노출된 사파이어 기판(10) 및 발광부(5)의 측면을 따라 연장되어 전류확산 전극(60) 위에 접한다. 따라서 p측 전극(70)과 전류확산 전극(60)이 전기적으로 연결된다.
도 11은 도 9 및 도 10에서 설명된 반도체 발광소자를 절단선 B-B'를 기준으로 나타낸 도면이다. 도 12는 도 9 및 도 10에서 설명된 반도체 발광소자를 절단선 C-C'를 기준으로 나타낸 도면이다. 도 13은 도 2 및 도 12에 도시된 반도체 발광소자의 등가회로도이다.
제1 가지 전극(85)은, 도 10에 도시된 것과 같이, n측 전극(80)으로부터 패드(8)의 측면, 패드(8)와 발광부(5) 사이의 노출된 사파이어 기판(10) 및 발광부(5)의 측면을 따라 연장된다. 제1 가지 전극(85)은, 도 10 및 도 11에 도시된 것과 같이, 그루브(35)에 의해 노출된 발광부(5)의 n형 질화물 반도체층(30) 위에 접하며 그루브(35)를 따라 뻗어 있다. 따라서 n측 전극(80)과 발광부(5)의 n형 질화물 반도체층(30)이 전기적으로 연결된다.
제1 가지 전극(85) 중 하나는 그루부(35)에 의해 노출된 n형 질화물 반도체층(30)을 경유하여, 도 10 및 도 12에 도시된 것과 같이, 발광부(5)와 정전기 보호부(7) 사이의 사파이어 기판(10), 정전기 보호부(7)의 측면을 따라 정전기 보호부(7)의 전류확산 전극(60) 위로 연장된다. 따라서 정전기 보호부의 p형 질화물 반도체층(50)은 제1 가지 전극(85)을 통해 n측 전극(80)과 전기적으로 연결된다.
따라서, 정전기 보호부(7)의 n형 질화물 반도체층(30)은 p측 전극(70), 제2 가지 전극(75) 및 발광부(7)의 전류확산 전극(60)에 의해 발광부(5)의 p형 질화물 반도체층(50)에 전기적으로 연결되고, 정전기 보호부(7)의 p형 질화물 반도체층(50)은 정전기 보호부(7)의 전류확산 전극(60) 및 제1 가지 전극(85)에 의해 발광부(7)의 n형 질화물 반도체층(30)에 전기적으로 연결된다.
따라서, 정전기 보호부(7)는, 도 13에 도시된 것과 같이, 발광부(5)에 대해 전기적으로 역방향으로 병렬연결되어 있다. 그 결과, 발광부(5)로 유입되는 역방향의 정전기는 정전기 보호부(7)를 통과하므로 발광부(5)의 파손이 방지된다.
패드(8) 및 정전기 보호부(7)는 발광부(5)의 서로 대향하는 단변측 측면으로부터 떨어져 있다. 발광부(5)에 대한 패드(8) 및 정전기 보호부(7)의 위치와, 발광부(5) 위에서 제1 가지 전극(85) 및 제2 가지 전극(75)의 형상은 다양하게 변경될 수 있다.
균일한 전류확산을 위해, 일 예로, 도 2에서 제1 가지 전극(85) 및 제2 가지 전극(75)은 발광부(5)의 장변 방향으로 뻗어 있고 서로 일정한 간격으로 위치하며, 서로 교대로 위치한다. 3개의 제2 가지 전극(75)이 발광부(5)의 가장자리 및 가운데를 따라 뻗어 있고, 2 개의 제1 가지 전극(85)이 제2 가지 전극(75) 사이에서 그루브(35)를 따라 뻗어 있다.
n측 전극(80) 및 p측 전극(70)이 발광부(5) 밖에 위치하므로, 상기한 것과 같이 전극의 형상 및 배치설계가 매우 자유로워지며, 발광부(5)에서 제1 가지 전극(85) 및 제2 가지 전극(75) 사이의 간격을 발광부(5)의 코너나 변측에서도 일정하게 유지할 수 있어서 전류확산의 균일성 향상에 유리하다.
n측 전극(80)에는 음의 전하가 p측 전극(70)에는 양의 전하가 인가된다. n측 전극(80) 및 p측 전극(70)에는 전하 공급을 위한 와이어가 본딩될 수 있다. n형 질화물 반도체층(30)이 p형 질화물 반도체층(50)이나 전류확산 전극(60)에 비하여 p측 전극(70) 및 n측 전극(80)을 형성하는 금속과의 결합력이 좋다. 따라서 p측 전극(70)이 발광부(5) 밖의 정전기 보호부(7)의 n형 질화물 반도체층(30) 위에 형성됨으로써 와이어 본딩 공정 등 후 공정에서 p측 전극(70)이 벗겨지는 불량이 현저히 감소된다. 또한, n측 전극(80) 및 p측 전극(70)이 발광부(5) 밖에 형성되므로 발광영역이 증가하고 n측 전극(80) 및 p측 전극(70)에 의한 빛의 흡수가 감소되어 반도체 발광소자(3)의 광추출효율이 증가한다.
패드(8) 및 정전기 보호부(7)는 전술된 것과 같이 발광부(5) 형성 공정에서 피할 수 없는 식각공정에서 동시에 형성되는 것이 바람직하다. 따라서 패드(8) 및 정전기 보호부(7)의 형성을 위해 별도의 사진공정 마스크의 제작이 필요 없고, 패드(8) 및 정전기 보호부(7)의 표면 형성을 위해 추가적인 공정이 필요 없다. 따라서 반도체 발광소자(3)의 제조에 있어서, 발광부(5) 위에 n측 전극(80) 및 p측 전극(70)이 형성되는 통상적인 반도체 발광소자에 비해 추가적인 공정시간이 소요되지 않고, p측 전극(70)을 p형 질화물 반도체층(50)이나 도 2에 도시된 전류확산 전극에 비해 결합력이 더 좋은 n형 질화물 반도체층(30) 위에 형성할 수 있는 장점이 있다.
계속해서, n측 전극(80), p측 전극(70)을 제외한 반도체 발광소자(3)의 거의 전면에 SiOx, SiNx, SiON, BCB, 폴리이미드(Polyimide) 등을 이용하여 보호막(90)을 형성하여 반도체 발광소자(3)가 완성된다. 보호막(90)은 생략될 수도 있다.
도 14는 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 다른 예를 나타내는 도면이다.
도 14에 도시된 반도체 발광소자(303)는 n측 전극(380)이 발광부(5) 위에 형성된 것과, 발광부(305)에 제1 가지 전극(385)에 대응하는 그루브가 형성되지 않고 제1 가지 전극(385)이 발광부 밖으로 연장되어 정전기 보호부(307)에 연결되는 것을 제외하고는 도 2 내지 도 13에서 설명된 반도체 발광소자(3)와 실질적으로 동일하다. 따라서 중복된 설명은 생략한다.
n측 전극(380)은 발광부(305)의 식각되어 노출된 n형 질화물 반도체층(30) 위에 형성된다. 제1 가지 전극(385)은 n측 전극(380)으로부터 사파이어 기판(310) 및 정전기 보호부(307)의 전류확산 전극(360) 위로 연장되어 정전기 보호부(307)의 p형 질화물 반도체층(350)과 전기적으로 연결된다. p측 전극(370)은 정전기 보호부(307)의 n형 질화물 반도체층(330) 위에 접한다. 제2 가지 전극(375)은 p측 전극(370)으로부터 발광부(305)의 전류확산 전극(60) 위로 연장되어 발광부(305)의 p형 질화물 반도체층(350)과 전기적으로 연결된다.
따라서, p측 전극(370)이 발광부(305) 밖에서 n형 질화물 반도체층(330) 위에 형성되고, n측 전극(380), p측 전극(370), 제1 가지 전극(385) 및 제2 가지 전극(375)에 의해 정전기 보호부(307)는 발광부(305)에 전기적으로 역방향으로 병열연결된다.
이하, 본 개시의 다양한 실시 형태에 대하여 설명한다.
(1) 정전기 보호부는 발광부와 동일한 순서로 적층된 제1 반도체층, 활성층 및 제2 반도체층을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
(2) 제2 전극은 정전기 보호부의 식각되어 노출된 제1 반도체층 위에 형성된 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
(3) 제1 전극은 발광부로부터 떨어져 위치하며, 제1 전극으로부터 연장되어 제1 반도체층과 전기적으로 연결된 적어도 하나의 제1 가지 전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
(4) 적어도 제1 반도체층을 포함하며 발광부로부터 떨어져 있는 패드;로서, 제1 전극이 패드 위에 위치하는 패드;를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
(5) 제1 전극은 패드의 식각되어 노출된 제1 반도체층 위에 접하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
(6) 발광부에는 제2 반도체층 및 활성층이 식각되어 제1 반도체층을 노출시키는 적어도 하나의 그루브(groove)가 형성되고, 적어도 하나의 제1 가지 전극이 그루브에 의해 노출된 제1 반도체층 위로 연장되며, 적어도 하나의 제2 가지 전극이 발광부의 제2 반도체층 위로 연장된 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
(7) 하나의 제1 가지 전극은 그루브에 의해 노출된 제1 반도체층을 경유하여 정전기 보호부의 제2 반도체층에 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
(8) 발광부의 제2 반도체층 위에 형성되어 발광부의 전류확산을 향상하는 전류확산 전극;으로서, 제2 가지 전극이 전류확산 전극 위에 접하는 전류확산 전극; 그리고 적어도 발광부의 측면 및 정전기 보호부의 측면에 형성되어 제1 가지 전극 및 제2 가지 전극을 발광부 및 정전기 보호부로부터 절연하는 절연층;을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
(9) 제1 전극은 발광부의 식각되어 노출된 제1 반도체층 위에 형성되며, 제1 전극으로부터 정전기 보호부의 제2 반도체층 위로 연장되어, 정전기 보호부의 제2 반도체층과 전기적으로 연결된 적어도 하나의 제1 가지 전극;을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
본 개시에 따른 하나의 반도체 발광소자에 의하면, 정전기 보호부를 형성하기 위한 별도의 공정 없이 발광부 형성시에 함께 형성되므로 제조 공정이 단축될 수 있다.
또한, 본 개시에 따른 다른 하나의 반도체 발광소자에 의하면, p측 전극 및 n측 전극의 형상 및 배치설계가 매우 자유로워지며, 발광부에서 제1 가지 전극 및 제2 가지 전극은 간격이 일정하게 위치하며, 발광부의 코너나 변측에서도 간격을 일정하게 유지할 수 있어서 광추출효율이 향상된다.
또한, 본 개시에 따른 또 다른 하나의 반도체 발광소자에 의하면, p측 전극이 벗겨지는 불량이 현저히 감소되며, p측 전극 및 n측 전극이 발광부 밖에 형성되므로 발광영역이 증가하고 p측 전극 및 n측 전극에 의한 빛의 흡수가 감소되어 광추출효율이 향상한다.
3 : 반도체 발광소자 5 : 발광부
7 : 정전기 보호부 8 : 패드
10 : 사파이어 기판 20 : 버퍼층
30 : n형 질화물 반도체층 35 : 그루브(groove)
40 : 활성층 50 : p형 질화물 반도체층
60 : 전류확산 전극 65, 67 : 절연층
70 : p측 전극 75 : 제2 가지 전극
80 : n측 전극 85 : 제1 가지 전극
7 : 정전기 보호부 8 : 패드
10 : 사파이어 기판 20 : 버퍼층
30 : n형 질화물 반도체층 35 : 그루브(groove)
40 : 활성층 50 : p형 질화물 반도체층
60 : 전류확산 전극 65, 67 : 절연층
70 : p측 전극 75 : 제2 가지 전극
80 : n측 전극 85 : 제1 가지 전극
Claims (10)
- 절연성 기판;
기판 위에 위치하며 제1 도전성을 갖는 제1 반도체층 및 제1 도전성과 다른 제2 도전성을 갖는 제2 반도체층과, 제1 반도체층과 제2 반도체층 사이에 위치하며 전자와 정공의 재결합에 의해 빛을 생성하는 활성층을 포함하는 발광부;
기판 위에 위치하며 제1 반도체층과 전기적으로 연결된 제1 전극;
발광부로부터 떨어져 기판 위에 위치하는 제2 전극;
제2 전극으로부터 연장되어 제2 반도체층과 전기적으로 연결되는 제2 가지 전극; 그리고
발광부로부터 떨어져서 기판 위에 위치하며, 발광부에 대해 역방향으로 제1 전극 및 제2 전극과 전기적으로 병렬연결된 정전기 보호부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자. - 청구항 1에 있어서,
정전기 보호부는 발광부와 동일한 순서로 적층된 제1 반도체층, 활성층 및 제2 반도체층을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자. - 청구항 2에 있어서,
제2 전극은 정전기 보호부의 식각되어 노출된 제1 반도체층 위에 형성된 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자. - 청구항 3에 있어서,
제1 전극은 발광부로부터 떨어져 위치하며, 제1 전극으로부터 연장되어 제1 반도체층과 전기적으로 연결된 적어도 하나의 제1 가지 전극;을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자. - 청구항 4에 있어서,
적어도 제1 반도체층을 포함하며 발광부로부터 떨어져 있는 패드;로서, 제1 전극이 패드 위에 위치하는 패드;를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자. - 청구항 5에 있어서,
제1 전극은 패드의 식각되어 노출된 제1 반도체층 위에 접하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자. - 청구항 4에 있어서,
발광부에는 제2 반도체층 및 활성층이 식각되어 제1 반도체층을 노출시키는 적어도 하나의 그루브(groove)가 형성되고, 적어도 하나의 제1 가지 전극이 그루브에 의해 노출된 제1 반도체층 위로 연장되며, 적어도 하나의 제2 가지 전극이 발광부의 제2 반도체층 위로 연장된 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자. - 청구항 7에 있어서,
적어도 하나의 제1 가지 전극은 그루브에 의해 노출된 제1 반도체층을 경유하여 정전기 보호부의 제2 반도체층에 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자. - 청구항 7에 있어서,
발광부의 제2 반도체층 위에 형성되어 발광부의 전류확산을 향상하는 전류확산 전극;으로서, 제2 가지 전극이 전류확산 전극 위에 접하는 전류확산 전극; 그리고,
적어도 발광부의 측면 및 정전기 보호부의 측면에 형성되어 제1 가지 전극 및 제2 가지 전극을 발광부 및 정전기 보호부로부터 절연하는 절연층;을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자. - 청구항 3에 있어서,
제1 전극은 발광부의 식각되어 노출된 제1 반도체층 위에 형성되며, 제1 전극으로부터 정전기 보호부의 제2 반도체층 위로 연장되어, 정전기 보호부의 제2 반도체층과 전기적으로 연결된 적어도 하나의 제1 가지 전극;을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
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| KR101087968B1 true KR101087968B1 (ko) | 2011-12-01 |
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ID=45505382
Family Applications (1)
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| KR1020100104018A KR101087968B1 (ko) | 2010-10-25 | 2010-10-25 | 반도체 발광소자 |
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